JP3970526B2 - Magnetoresistive element, magnetic reproducing head, magnetic reproducing device, magnetic storage device, and resistance detecting method of magnetoresistive film - Google Patents

Magnetoresistive element, magnetic reproducing head, magnetic reproducing device, magnetic storage device, and resistance detecting method of magnetoresistive film Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子、磁気再生ヘッド、これを搭載した磁気再生装置、磁気記憶装置、及び磁気抵抗効果膜の抵抗検知方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ハードディスクドライブ(HDD)の高密度化に伴い、外部磁場がゼロの状態で互いの磁化が略直交する2つの強磁性層とこれらの間に挿入された非磁性層を備え、2つの強磁性層の相対的な磁化方向に依存して電気抵抗が変化するスピンバルブ(SV)膜を備えるSV-GMR(Spin-Valve Giant MagnetoResistive)ヘッドが採用され始めた。今後、更なる高密度化のためには、より高感度のSV-GMRヘッドが必要であり、高出力をもたらす磁気抵抗効果変化率(MR変化率)のさらなる向上や、SV-GMRの膜厚、特に、信号磁界に応じて磁化の向きが変化する感磁層(磁化フリー層)の極薄化が重要である。
【0003】
磁化フリー層を数nmまで極薄化し、この磁化フリー層に隣接する高導電層を備えたスピンフィルタースピンバルブ(SFSV:Spin-Filter Spin-Valve)膜が提案され実用化されている。SFSVでは磁化フリー層の薄膜化に伴う磁化感度向上により高出力再生ヘッドを実現するものである。
【0004】
さらに、SFSVに続く技術として、MR変化率の向上のためにスペキュラー(電子鏡面反射)効果を利用し、かつ実用的なスピンバルブ膜構造を有する、NOL-SPSV(Nano Oxide Layer - SPecular Spin-Valve)膜が提案されている。この膜は、NOLと呼ばれる極薄の酸化層を、磁化フリー層、もしくは、磁化フリー層と中間非磁性層を介して積層された磁化固着層(磁化ピン層)中に挿入しその界面で伝導電子を鏡面反射させることによって、スピンバルブ膜を擬似的な人工格子膜のようにして、MR変化率を稼ぐものである。この構造の発明によって、スピンバルブ膜のMR変化率を飛躍的に向上させることが可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、NOL-SPSVを実際にセンサーや磁気ヘッドへ適用しようとしたときに、次に述べる問題点が生じることを本発明者らは発見した。
【0006】
まず、極薄の磁化フリー層を用いることは、高密度再生を狙うNOL-SPSV膜において必須だが、この極薄磁化フリー層を用いる場合には、バイアスポイント(ヘッド動作時の動作点)の調整が困難になる。そのためには、磁化フリー層に加わる様々な磁界を小さくすることが重要である。その中でも、磁化ピン層の漏洩磁界(Hpin)は磁化フリー層の磁化へ大きな影響を与える。
【0007】
この磁化ピン層の漏洩磁界を小さくするために、SFSVでは、非磁性層を介して積層した2つの強磁性層間をシンセティック結合(反強磁性的結合、以降Sy-AFとする。)させたSy-AF構造を磁化ピン層に採用している。
【0008】
このSy-AF構造では、平均膜厚が9オングストローム程度のRu等の非磁性層を介して、これを挟む上下の強磁性ピン層が反強磁性的結合をしている。従って、磁化ピン層からの漏洩磁界は、上下のピン層磁気膜厚(Ms×t(飽和磁化×膜厚))の差となり、磁化ピン層を極端に薄くせずに磁化フリー層に加わる実質的なピン層漏洩磁界を低くできる。Sy-AF構造の詳細については、特許公報第2786601号に開示されている。
【0009】
このように磁化ピン層の漏洩磁界を低減しつつ、さらにCu層等の高導電層を用いることで磁化フリー層における電流磁界(Hcu)を小さくし、かつ、非磁性スペーサ層を介した磁化フリー層及びピン層間の間接層間結合磁界(Hin)を小さくしたうえで、Hpin+Hcu+Hin=0の関係が成り立つように電流方向を選択することで、Sy-AF構造を用いたSFSVでは良好なバイアスポイントを実現していた。
【0010】
ところが、NOL-SPSV膜においてSy-AF構造を実現しようとすると、Sy-AF構造の上記特性が出なくなるという問題が明らかになった。その詳細な理由は明らかでないが、例えば、NOL層中の酸素、窒素、弗素、炭素等が熱処理によってSy-AF構造のRu層に拡散し、Ruを介した上下磁化ピン層の反強磁性結合を弱めるといった現象が原因と考えられる。すると、Sy-AF構造をNOL-SPSVで採用できなくなり、磁化ピン層からの漏洩磁界を低減することができなくなって、良好なバイアスポイントが実現できなくなると思われる。
【0011】
一方、磁化ピン層からの漏洩磁界を完全にゼロにキャンセルするために、磁性キーパー層を用いるという概念がある(特開平8−55312公報)。これは、スピンバルブ膜の上下どちらかの膜面に軟磁性キーパー層を積層し、電流磁界によってこの軟磁性キーパー層の磁化方向が磁化ピン層の磁界方向と逆向きになるようにして、ピン層漏洩磁界をキャンセルするものである。
【0012】
この磁性キーパー層を用いたキャンセル方法は、ピン層漏洩磁界を完全にゼロにし、かつHinをHcuでキャンセルするという手法(Hin=Hcu, Hpin=0)によってバイアスポイントを調整している。比較的低密度記録では、磁化フリー層が厚いので磁化フリー層の外部磁化感度が鈍い。また、磁化フリー層が厚いため、磁化フリー層のSV膜中にしめる磁化フリー層の伝導コンダクタンスの割合が大きく、従って、電流磁界が比較的小さくなり、これを小さい層間結合磁界Hinによりキャンセルすることが可能となり、磁性キーパー層によるキャンセル方法は有効となる。
【0013】
しかしながら、高記録密度を狙うNOL-SPSVの磁化フリー層の膜厚は薄くなると予想され、これに伴いHcuは増大する為に磁性キーパー層によるキャンセル方法では、限界がある。
【0014】
尚、電流磁界が大きすぎることを大きな問題としていないことは、上記公開公報に記載された膜構造を見ると容易にわかる。つまり、先述した、SFSVにおいて磁化フリー層への電流磁界を低減するために、磁化フリー層に高導電層を接触形成することにより、電流磁界を低減することが高密度化ヘッドにおいては必須だが、特開平8−55312公報においては全くその記述がないからである。
【0015】
さらに、Hinをキャンセルする方向に電流を流してバイアスポイントを実現するという手法は、NOL-SPSVにおいては現実的でない。つまり、電流磁界Hcuの方がHinよりも大きく、Hin=Hcuという設計は非常に困難である。
【0016】
このように、従来のバイアスポイント調整方法では、NOL-SPSVのバイアスポイントを良好に調整することが困難であった。
【0017】
本発明は、以上述べた従来の技術における問題点を端緒として、良好なバイアスポイントを有する磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、これを搭載する磁気再生装置、磁気記憶装置、及び磁気抵抗効果膜の抵抗検知方法を提供することを課題とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の一形態は、印加磁場がゼロの状態で第一の方向の磁化を備え、所定の印加磁場のもとで前記磁化が回転可能な第一の強磁性層と、前記第一の強磁性層に積層形成された第一の非磁性層と、前記第一の非磁性層に積層形成され、前記印加磁場がゼロの状態及び前記所定の印加磁場のもとで第二の方向の磁化を保持する第二の強磁性層と、前記第二の強磁性層及び前記第二の非磁性層との間に形成され前記第二の強磁性層に接する反強磁性層と、前記反強磁性層に積層形成された第二の非磁性層と、前記第二の非磁性層に積層形成され、その磁化固着方向が前記第二の方向とは逆向きとなり、かつ軟磁性材料からなる第三の強磁性層と、前記第二の強磁性層の層中、もしくは前記第二の強磁性層と前記第二の非磁性層の間に形成された、酸化物、窒化物、炭化物、もしくは弗化物を含有する層とを備える磁気抵抗効果膜、及び、前記第三の強磁性層における電流磁界の方向が前記第二の方向と逆となるように前記磁気抵抗効果膜に電流を流す一対の電極を備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。
【0019】
また、上記磁気抵抗効果素子は、ヘッドジンバルアッセンブリ等に搭載される磁気再生ヘッドを構成できる。また、この磁気再生ヘッドと磁気情報を記録した磁気記録媒体を搭載した磁気再生装置は、従来以上に高記録密度化への対応を実現することが可能である。尚、磁気記録媒体を取り外し可能とした磁気再生装置についても、本発明の磁気抵抗効果素子を用いることが可能である。
【0020】
また、上記磁気抵抗効果素子は、トランジスタあるいはダイオードとともに、あるいは単独でメモリセルを構成することができる。この磁気抵抗効果素子を集積形成することで、不揮発性の半導体記憶装置を構成することができる。
【0021】
さらにまた、本発明の他の形態は、印加磁場がゼロの状態で第一の方向の磁化を備え、所定の印加磁場のもとで前記磁化が回転可能な第一の強磁性層と、前記第一の強磁性層に積層形成された第一の非磁性層と、前記第一の非磁性層に積層形成され、前記印加磁場がゼロの状態及び前記所定の印加磁場のもとで第二の方向の磁化を保持する第二の強磁性層と、前記第二の強磁性層及び前記第二の非磁性層との間に形成され前記第二の強磁性層に接する反強磁性層と、前記反強磁性層に積層形成された第二の非磁性層と、前記第二の非磁性層に積層形成され、その磁化固着方向が前記第二の方向とは逆向きとなり、かつ軟磁性材料からなる第三の強磁性層と、前記第二の強磁性層の層中、もしくは前記第二の強磁性層と前記第二の非磁性層の間に形成された、酸化物、窒化物、炭化物、もしくは弗化物を含有する層とを備える磁気抵抗効果膜に、前記第三の強磁性層における電流磁界が前記第二の方向と逆になる方向に電流を流して前記磁気抵抗効果膜の抵抗値を検知することを特徴とする磁気抵抗効果膜の抵抗検知方法に関する。
【0022】
以上述べた磁気抵抗効果素子、磁気再生ヘッド、磁気再生装置、及び磁気抵抗効果膜の抵抗検知方法において、次の構成を備えることが可能である。
1.第一の強磁性層が前記第二の非磁性層と接する面と反対側の面に積層形成された、Cu、Au 、Agのいずれかの元素を含む第三の非磁性層を有する。その含有量は、50atomic%以上 含む非磁性層としてもよい。
2.第一の強磁性層の平均膜厚が3nm以下である。
3.第三の強磁性層の磁気膜厚が、飽和磁化1Tの材料換算で1.8nmT以上4.5nmT以下である。
4.第三の強磁性層がCoFe合金を50atomic%以上含有し、平均膜厚が1nm以上2.5nm以下である。
5.酸化物、窒化物、炭化物、もしくは弗化物を含有する層の平均膜厚が1nm以上2nm以下である。この層の酸化物、窒化物、炭化物、もしくは弗化物の含有量は、50atomic%以上とすることができる。
6.第三の強磁性層から第一の強磁性層に印加される漏洩磁界の向きが、第一の強磁性層に印加される、第二の強磁性層からの漏洩磁界、電流磁界、及び第一の強磁性層と第二の強磁性層との層間結合による層間結合磁界の和により得られる磁界の向きを打ち消す方向である。
7.第二の強磁性層及び第二の非磁性層との間に形成され、第二の強磁性層に接する反強磁性層とを備える。
【0023】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
次に、本発明の一形態に関る磁気抵抗効果素子について説明する。
【0024】
まず、この形態の磁器抵抗効果素子は、印加磁場がゼロの状態で第一の方向の磁化を備え、所定の印加磁場によって前記磁化が回転可能な第一の強磁性層と、第一の強磁性層に積層形成された第一の非磁性層と、非磁性中間層に積層形成され、印加磁場がゼロの状態及び前記所定の印加磁場において第二の方向の磁化を保持する第二の強磁性層を備える。
【0025】
この、第一の強磁性層は、信号磁界等の印加磁場が加わると磁化が回転する磁化フリー層である。この磁化フリー層は、第一の非磁性層としてCu等を含むスペーサ層を介して、第二の強磁性層と積層形成される。この第二の強磁性層は、印加磁場がゼロの状態及び第一の強磁性層の磁化が回転する所定の印加磁場においてもその磁化方向を保持する磁化ピン層である。
【0026】
この磁化ピン層の第二の方向への磁化固着(ピニング)には、磁化ピン層の材料として所定の印加磁場においても磁化を維持する程度に高い保磁力を有する強磁性材料を用いる方法、反強磁性層と積層形成して反強磁性層との磁気交換結合によって固着する方法、硬質磁性層を磁化ピン層の近く、あるいは隣接配置してその漏洩磁界により固着する方法等がある。
【0027】
第一及び第二の方向は、同一でもよいが、異なることが好ましく、さらには、互いに略直角をなすことも可能である。第一及び第二の方向が略直角を成す素子がいわゆるスピンバルブ素子である。
【0028】
磁気抵抗効果素子の電気抵抗は、磁化フリー層の磁化が信号磁界に応じて変化して第二の方向と等しい状態で低抵抗を示し、磁化フリー層の磁化が第二の方向と略反平行の状態で高抵抗を示す。
【0029】
このような抵抗変化は、磁化フリー層、磁化ピン層の両強磁性層と非磁性スペーサ層との界面において、電子が強磁性層の磁化(スピン)の方向に依存して散乱を受けるためである(スピン依存界面散乱)。
【0030】
本実施形態では、このような磁気抵抗効果素子の磁化ピン層の層中、もしくは、磁化ピン層の非磁性スペーサ層と接する側と反対側の面に形成された、酸化物、窒化物、炭化物、もしくは弗化物を含む層を備える。この層は、磁気抵抗効果素子中を移動してきた電子を鏡面反射(スペキュラ)するもので、非磁性スペーサ層から磁化ピン層中を通りこの層の鏡面に達した電子にとって、非磁性スペーサ層と磁化ピン層及び磁化フリー層との界面が擬似的に増えることになり、その散乱数を増やすことができる。
【0031】
尚、この酸化物、窒化物、炭化物、もしくは弗化物を含有する層の平均膜厚は、これを挟む磁性層同士の磁気結合力等を好適な値とする観点から、0.5nmから5nm程度が好ましい。以降、この層については、酸化物を主成分として備える層を例にして、NOLと称する。
【0032】
本実施形態のNOL−SPSVでは、磁化フリー層にかかる外部磁場(バイアス)を補償するBCL(Bias Compensation Layer)として、第三の強磁性層を新たに備える。このBCLには、軟磁性材料等が好ましい。
【0033】
このBCLから磁化フリー層へ印加される漏洩磁界によって、磁化フリー層へ印加される、磁化ピン層からの漏洩磁界、電流通電によって生じる電流磁界、及び磁化ピン層と磁化フリー層との層間結合による層間結合磁界の和を打ち消すことにより、この磁気抵抗効果素子のバイアスポイントを調整するものである。つまり、磁化フリー層の印加磁場ゼロにおける磁化方向を所望の第一の方向とすることが可能となる。
【0034】
尚、このバイアスポイントの調整には、BCLにおける電流磁界の方向を磁化ピン層の磁化方向(第二の方向)と逆方向とする様に電流を流すことが必要である。
【0035】
また、第二の非磁性層は、磁化ピン層とBCLとの間の磁気的結合を防ぐために必要である。
【0036】
このような、NOL-SPSVにおける良好なバイアスポイントは、次に述べるような、発明者らの研究の結果、本実施形態によって実現できることが明らかになった。以下に、その内容について詳述する。
【0037】
まず、磁化ピン層との層間結合によって磁化フリー層にかかる層間結合磁界Hinをなるべく小さくし、他の強磁性層からの漏洩磁界Hpと電流磁界Hcuを磁化フリー層に印加する主な磁気バイアスと捉えてバイアスポイントを調整する方法(Hp=Hcu+Hin、但し、磁化ピン層と磁化フリー層が強磁性的磁化配列をなしている場合にHinは正の値、反強磁性的磁化配列をなしている場合にHinは負の値、と定義する)が、高密度再生に最も現実的な方法であると思われる。
【0038】
つまり、磁フリー層への静磁界となるHpとHcuが逆向きとなるようにして、バイアスポイントを調整するのである。そして、Hp の値は、BCLによるバイアス補償効果を利用して解決する。
【0039】
つまり、BCLから磁化フリー層へ印加される漏洩磁界HBCLの方向を、磁化ピン層から磁化フリー層へ印加される漏洩磁界Hpinと逆方向にすることで、Hp の増大を解決するものである。
【0040】
本発明におけるバイアスポイント調整の概念を下式に示す。
【0041】
Hp = Hin + Hcu (1)
Hp = Hpin ― HBCL (2)
但し、Hinの符号は、Hcuと同方向のときを正と定義する。
【0042】
Hpin2(Ms×t)pin/h (3)
Hcu=2πc×Is/h (4)
c=|(I1-I3)/(I1+I2+I3)| (5)
HBCL=D×π2(Ms×t)BCL/h (6)
以上の式(1)〜(6)において、hはMRハイト[μm]である。また、Dは、1よりも小さい値であり、センス電流値及び磁化ピン層のMs×tの値によって変化する。つまり、センス電流値が大きいほど、また、磁化ピン層のMs×tの値が大きいほどDは大きい値となり、1に近づく。
【0043】
また、Isは、磁気抵抗効果膜に流れるセンス電流値を示し、分流値I1、I2、及びI3の総和を示す。これらの電流値は、磁気抵抗効果膜のうち、一対の電極により電流が流れる領域を上下方向に3分割した各領域に流れる電流値を示し、真中の領域である磁化フリー層を流れる電流値I2、磁化フリー層の上層から電極間にある最上の導電層(図1ではキャップ層27)までの領域を流れる電流値I1、及び磁化フリー層の下層から電極間の最下の導電層(図1ではバッファ層3)までの領域を流れる電流値I3である。尚、Isは、BCL7における電流磁界が磁化ピン層の磁化方向と逆になる方向に電流を流した場合を正の値としている。
【0044】
BCLを用いたバイアスポイントの調整について、具体的な構造を例にして、以下に説明する。
【0045】
図1に、本実施形態のボトムタイプスピンバルブ膜の概略断面構造を示す。
【0046】
本実施の形態の磁気抵抗効果素子は、基板1上に順次形成された、バッファ層3、シード層5、BCL7、BCL7と反強磁性層11の磁気結合を防ぐデカップリング層9、反強磁性層11、磁化ピン層13、NOL15、磁化ピン層17、非磁性層19、磁化フリー層21、HCL23、NOL25、キャップ層27を備える磁気抵抗効果膜28、一対のハードバイアス膜29、一対のリード電極31を備える。各層の主成分を構成する材料は、実施例1において詳述する。
【0047】
尚、磁化ピン層が磁化フリー層よりも積層方向の下側に位置するボトムタイプスピンバルブ膜では、BCLを磁化ピン層よりも下層に配置する。また、磁化ピン層が磁化フリー層よりも積層方向の上層に位置するトップタイプスピンバルブ膜では、BCLを磁化ピン層よりも上層に配置する。
【0048】
図1において、反強磁性層11は、磁化ピン層13と交換結合しており、この交換結合による磁気バイアスによって、磁化ピン層13の磁化の向きは図1の紙面裏から表の方向に固着されている。また、磁化ピン層17は磁化ピン層13との強磁性交換結合によって、磁化ピン層13と同一方向の磁化をもつ。
【0049】
磁化ピン層13、17の間にあるNOL15は、磁化ピン層13を構成する材料の酸化物を主成分として(50atomic%以上)含有し、このNOL15の磁ピン層17側の表面における鏡面反射効果が期待できる。尚、NOL15の主成分は、酸化物のほかに、炭化物、窒化物、弗化物等に適宜変更可能である。また、磁化ピン層13を構成する材料と異なる材料の酸化物、炭化物、窒化物、弗化物であってもよい。
【0050】
磁化ピン層17に接する非磁性層19は、スピンバルブ素子の非磁性スペーサ層であり、この層の磁化ピン層17及び磁化フリー層21と接する両表面において、スピン依存散乱が生じる。
【0051】
磁化フリー層21は、その両側にいわゆるアバット接合構造により形成された一対のハードバイアス膜29からの漏洩磁界によって、図1の紙面内左右方向に磁化バイアスが付与され、外部磁場がゼロの状態では、この方向の磁化を有する。また、この磁化バイアスにより、磁化フリー層21の層内は単磁区化が維持され、バルクハウゼンノイズの対策がなされている。
【0052】
この磁化フリー層21は、外部磁場が印加されると、その磁化が自由に回転可能なように調整されており、図1の紙面表から裏の向きの外部磁場が印加されると、磁化フリー層21の磁化はこの向きに追従して変化する。逆に、図1の紙面裏から表の向きの外部磁場が印加されると、磁化フリー層21の磁化もこの向きに追従して変化する。
【0053】
この磁化フリー層21の磁化回転によって、磁化ピン層17との相対磁化方向が平行、あるいは反平行の関係によって磁気抵抗効果膜28の電気抵抗は変化する。つまり、互いの磁化方向が平行の時には、磁気抵抗効果膜27の電気抵抗は低く、磁化方向が反平行の時には、磁気抵抗効果膜27の電気抵抗は高くなる。この電気抵抗の変化は、磁気抵抗効果膜の両端に接続された一対のリード電極31を介して、従来から知られる抵抗変化を検知する検知回路にて検知される。
【0054】
磁化フリー層21上には、高導電性材料を含有するHCL23が形成され、上述のように、その厚さの調整によってHcuの値を適宜調整可能である。
【0055】
尚、HCL23上のNOL25は、磁化フリー層21側の電子鏡面反射効果を意図して挿入されている。
【0056】
この磁気抵抗効果膜28における、バイアスポイントの保ち方については、上述の基本式の通りである。
【0057】
上記(1)式、及び(2)式とこの素子の構造との関係について、図2を参照しつつ説明する。
【0058】
図2の断面斜視図に示す磁気抵抗効果素子の断面構造は、図1のそれと同様であり、各膜構成の説明は省略する。但し、便宜上、図2では、図1の磁気抵抗効果膜28を紙面縦方向にさらに拡大して示す。
【0059】
(1)式を十分に満たすように調整することがバイアスポイント調整上重要となる。可変な因子としては、HpとHcuを利用する。Hcuについては、既に説明した様に、磁化フリー層に隣接して形成する非磁性高導電層(HCL: High Conductance Layer)の膜厚制御によって変えることができる。
【0060】
つまり、HCLの膜厚が厚いほど、電流磁界Hcuは小さくなり、膜厚増加によるHcu低減の度合いは、磁気抵抗効果膜28のシート抵抗が大きいほど効果が大きくなる。
【0061】
簡易的には、その効果の度合いはスピンバルブ膜の各層をパラレルコンダクターモデルで近似することによって、算出することができる。ただし、その際は、各層の比抵抗の値はバルクの値を用いるのではなく、実際に近い膜厚から正、あるいは負の方向へ1nm〜2nmずらしたところでのコンダクタンスの変化量から算出することが必要である。この手法によって、近似的には電流のボルツマンの分布を考慮した比抵抗の値として用いることができる。
【0062】
次に、Hpは、(2)式にあるように、HpinとHBCLとから決定される。
【0063】
そのうち、Hpinは、磁化ピン層13、17の高さ(磁気抵抗効果膜28の信号流入面から奥に伸びる高さ)と磁気膜厚(Ms×t)によって概略決定される。
【0064】
但し、簡易には磁化ピン層13、17の磁化方向が完全に一方向に固着されることを前提しているのに対し、実際には、磁化ピン層13、17は完全に所望の方向(図1では紙面裏から表の方向)に固着されていないことを考慮する必要がある。例えば、磁気抵抗効果膜28を、ギャップ膜を介してシールド膜により挟持するシールド型ヘッドでは、トラック幅方向(図1では紙面内左右方向)端部において、シールド膜を備えるといっても多少の曲がり(カーリング)は存在し、また、磁化フリー層を単磁区とするためのハードバイアス膜29からのバイアス磁界によって磁化方向が前記所望方向からずれてしまう為である。
【0065】
図2において、HBCLは、BCLにより磁化フリー層へ印加される漏洩磁界であり、BCLにおける電流磁界Hcu BCLと磁化ピン層13,17からの漏洩磁界Hpin BCLの和からなる。BCLは、磁気抵抗効果膜28中のなるべく電流磁界がかかりやすく(電流中心位置から上下端より)、かつ、BCLにおける電流磁界(Hcu BCL)の向きが磁化フリー層にかかる電流磁界(Hcu)と逆向きとなる位置に配置する。これにより、Hp=Hpin+HBCLを実現することが可能となり、NOL-SPSVでの良好なバイアスポイントが実現できる。
【0066】
一方、(2)式におけるHBCLは本発明において新たに導入される因子である。
【0067】
BCLは強磁性層からなり、その磁化固着方向は磁化ピン層の磁化方向と逆向きとする。これは、BCLに印加される電流磁界(Hcu BCL)と磁化ピン層からの漏洩磁界(Hpin BCL)の向きを一致させることで、実現可能である。従って、HBCLは、Hcu BCL+Hpin BCLにより決まり、これらの磁界を適宜調整することによりHBCLを決定できる。
【0068】
尚、電極31から通電するセンス電流の方向は、その電流による磁化フリー層における電流磁界(Hcu)が磁化ピン層等の他の強磁性層から磁化フリー層に印加される漏洩磁界(Hp)をキャンセルする方向とする。
【0069】
このようにBCLの磁化は、電流磁界と磁化ピン層からの漏洩磁界により固着をしているが、上述のように、磁化ピン層の磁化方向が完全にMRハイト方向に固着されていないことから、Hpin BCLは、Sy-AFを用いた完全固着のピン層と比べて小さくなりがちである。また、ハードバイアス膜29によるH pin BCL低減の影響は、軟磁性層を用いたBCLの方が顕著に影響するので、設計にあたっては、これらを考慮することが望ましい。
(実施例1)
本実施例1では、第1の実施の形態に関るボトムタイプスピンバルブ膜の実施例1を説明する。
【0070】
まず、基板1上に、次の各層からなるスピンバルブ膜を作成した。尚、膜厚は、成膜速度と成膜時間の制御により成膜した直後の値である。
【0071】
Ta 3nm/NiFeCr 2nm/CoFe 1.5nm/NiFeCr 1nm/PtMn 10nm/CoFe 0.5nm/NOL/CoFe 2nm/Cu 2.3nm/CoFeNi 2nm/Cu 1nm/TaO 1nm
このスピンバルブ膜の成膜は、上記各層の層材料をターゲット材料として用いて、真空中でのDCマグネトロンスパッタ法により成膜した。スパッタチャンバー内の到達真空度は1×10-7Torr以下で、Arガスを用いて1mTorr〜10mTorrのガス圧にて成膜した。尚、DCマグネトロンスパッタ法の他に、IBD(Ion Beam Deposition)方法でも構わない。そのときは、スパッタガスにXeガスを用いることができ、そのガス圧をDCマグネトロンスパッタよりも下げることが可能となる。
【0072】
次に、各層の構成について図1を参照しつつ説明する。
【0073】
基板1側から、Ta層はバッファ層3であり、0~5nm程度の平均膜厚が望ましい。Taの代わりに、Ti、Zr、Hf、W、Cr、V、Mo、Re、Os等の金属やそれらの合金を用いても構わない。これらの中でも特に、Ta、Ti、Zrを用いることができる。
【0074】
その上のNiFeCr層は、この上層のCoFe、NiFeCr等の面心立方構造(fcc) の(111)面の層表面に対する平行配向を促す、非磁性材料からなるシード層5である。ここでは、シャント低減のため、及び、磁性材料のNiFeを非磁性にするために、Crを添加している。Crの添加量は、20%〜60%程度(atomic %)が望ましい。また、クロムの変わりにNb、Hf、Ta、Ti、Mo、W等を添加しても構わない。さらにまた、fcc(111)配向促進膜として、非磁性のNiCr、Cu、Ru、Re、Os、Pt、非磁性NiCu等を用いてもよい。シード層5が結晶配向促進機能を備える材料で構成すればバッファ層3を省略してもよい。
【0075】
NiFeCr層の上のCoFe層は、BCL7であり下地シード層の効果によってfcc(111)配向しているため十分な軟磁性を示しており、電流磁界Hcu BCLや、磁化ピン層13、17からの漏洩磁界Hpin BCLによって、磁化方向が磁化ピン層の磁化方向と反対に向くことが可能である。
【0076】
BCL7の軟磁性が十分でないと、電流磁界(Hcu BCL)や磁化ピン層13、17からの漏洩磁界(Hpin BCL)によって磁化方向が動かなくなってしまうので、好ましくない。但し、媒体磁界に敏感に反応しなければならない磁化フリー層21ほど、軟磁性は求められない。
【0077】
一つの基準として、電流磁界(Hcu BCL)やピン層からの漏洩磁界(Hpin BCL)と比べて、1/10〜1/5以下の小さい保磁力(Hc)であれば問題ない。この膜は、バイアスポイント制御のために重要な役割を果たすので、この膜厚決定に注意が必要である。膜厚決定の指針については後に詳述する。
【0078】
BCL7のスパッタターゲット材料は、ここではCoFeを用いたが、NiFe、NiFeX(X=Cr、Nb、Hf、Ti、Ta、W、Mo)のような結晶材料、CoZrNb、CoZrTaのようなアモルファス材料でも構わない。しかしながら、ボトムタイプNOL-SPSVの場合にはBCL7は下地層としての役割も持つので、その上に積層される結晶配向制御という意味では、CoFeやNiFeのような結晶材料が望ましい。BCL7がスピンバルブ膜中の上層に位置するトップタイプのときにはアモルファス材料でもよい。
【0079】
CoFe層上のNiFeCr層は、磁性をもつBCL7と反強磁性層11であるPtMn層との磁気的な結合を切るための非磁性層(デカップリング層9)であり、電気的なシャントはできるだけ小さいほうがよいため、シード層5と同じNiFeCrを用いた。必ずしもシード層5と同じ材料である必然はないが、ちょうど下地シード層で挙げたような材料がそのまま使える。
【0080】
ここで、磁気的なカップリングが反強磁性膜11とBCL7間で生じてしまうと問題である。なぜならば、図1に示すように、反強磁性膜11との交換結合によって固着された磁化ピン層13、17の磁化方向と、磁化ピン層13、17からの漏洩磁界(Hpin BCL)と電流磁界(Hcu BCL)によって、BCL7にかかる磁化方向(HBCL=Hpin BCL+Hcu BCL)を逆向きにする必要があるのに対し、BCL7と反強磁性層11との間に磁気的なカップリングが生じると、磁気ピン層13、17の磁化方向とBCL7の磁化方向が同方向になる作用が働くからである。
【0081】
BCL7と反強磁性層11とのカップリングが生じた場合、BCL7に加わる電流磁界や、磁化ピン層17からの漏洩磁界の1/10〜1/5以下の大きさにする必要がある。そのために、必要なNiFeCrの膜厚は0.5nm〜5nm程度が望ましく、さらに望ましくは1〜3nm程度が望ましい。厚ければ厚いほど十分に磁気的なカップリングを切ることが可能になるが、その分、電気的なシャントも増え、またトータル膜厚も増えるために高い狭ギャップ(高密度)化との調整が必要となる。また、再生磁気ヘッドに用いる場合には、磁気シールド間に磁気ギャップを介して厚いスピンバルブ膜を入れることが困難になるため、上記膜厚の範囲が好ましい。
【0082】
NiFeCr層の上のPtMn層が反強磁性層11であり、その上に積層される磁化ピン層(CoFe層)13の磁化を固着するものである。電気的なシャントを低減するために、反強磁性層11は薄いほうが望ましいが、あまり薄すぎると一方向への磁化固着が困難になるため、PtMnの場合は6nm〜20nm程度が望ましく、さらに望ましくは、8nm〜15nm程度が望ましい。
【0083】
また、反強磁性層11としてはPtMnが望ましいが、PtMnのかわりにPdPtMnや、IrMn、RuMn、RuRhMn、NiMn、NiO、α-Fe2O3等の一方向に磁化方向を固着する機能のある他の反強磁性層であっても構わない。
【0084】
PtMn層の上のCoFe/NOL/CoFeが一体の磁化方向をもつ磁化ピン層であり、NOLを介した上下のCoFeは、信号磁界が与えられた状態でも磁気的に十分な強さで強磁性結合している。PtMn層に接触するCoFe層は、NOLによる酸素がPtMnまでいかないように、かつPtMn層と磁気的にカップリングするために必要な厚さを有することが好ましい。但し、NOL15による酸素の影響がPtMn層に届かない範囲、かつPtMn層と時期的にカップリングできれば薄ければ薄いほど望ましい。
【0085】
また、磁化ピン層13、17の磁気膜厚がNOL-SPSVでは厚くなりやすいため、これら磁化ピン層13,17の磁気膜厚もできるだけ小さいほうが望ましい。例えば、飽和磁化を低減するためにCr、B、Cu等の添加元素を加えることも望ましい。膜厚は、ここではCoFe0.5nmとなっているが、0.3nm〜1.5nm程度が望ましい。ここでの磁性材料はCoFe合金のほか、Fe、Fe系合金、Ni、Ni合金等でも構わない。例えば、CoFeCr、CoFeB、CoFeCu等を用いることができる。
【0086】
NOL15は、磁化ピン層13を成膜した表面を酸化して形成することも可能であり、酸化膜を成膜することも可能である。
【0087】
金属表面を酸化する方法には、超高真空中で酸素フローしたり、プラズマ酸化したり、UV酸化、酸素イオンビームによる酸化などの方法がある。このとき、磁化ピン層13の下の反強磁性層11まで酸化しないように留意する必要がある。
【0088】
酸化膜を成膜する方法には、酸化物ターゲットをスパッタにより成膜する方法や、金属ターゲットを酸素雰囲気中でスパッタして、反応性スパッタによる方法などがある。このNOL15の膜厚は、約0.1nm以上約5nm以下が望ましい。特に望ましくは、約1nm以上約2nm以下が望ましい。NOL15の上に成膜される磁化ピン層17はMR変化率に大きく影響する強磁性層なので、低磁気膜厚の磁化ピン層17にする場合にもあまり添加元素を多くしないことが望ましい。
【0089】
望ましくは、CoやCoFe合金がよく、NiFe合金でも構わない。低BsにするためにCoFe合金にB、Cuを添加する場合は、微量の添加3〜10atomic%とすることができる。
【0090】
磁化ピン層17の上に成膜されるCu層は非磁性層19であり、約1.5nmから約3nmの膜厚が望ましい。特に望ましくは、約2nmから約2.5nmが望ましい。非磁性層19の膜厚および層表面の平坦性が悪くなると、磁化フリー層21と磁化ピン層17の間の層間結合(inter-layer coupling)の磁界強度が増大するので、層表面の平坦性は重要である。
【0091】
通常は、磁化ピン層17と磁化フリー層21が強磁性的磁化配列をすることが多いが、反強磁性的磁化配列結合の場合もある。どちらにしても、あまり大きなHinの値にならないことが望ましい。Hinの値としては、約−20Oe以上約+20Oe以下が望ましい(+のときが磁化ピン層と磁化フリー層が強磁性的磁化配列、−のときが反強磁性的磁化配列)。さらに望ましくは、約−10Oeから約+10Oeが好ましい。
【0092】
Cu層の上は磁化フリー層21をなすCoFeNi層が成膜される。磁化フリー層21の構成としては、非磁性層19にCoFeが接しているCoFe/NiFe積層フリー層、単層CoFeフリー層、単層CoFeNiフリー層等を用いることが可能である。実施例1で用いた単層CoFeNi層はNiの添加によって、磁歪の制御と、良好な軟磁性を実現している。
【0093】
尚、NOL25による鏡面電子反射効果を利用するには磁化フリー層21の膜厚は薄いほうが好ましい。具体的には約1nm以上、約4nm以下が好ましく、より好ましくは、約1.5nm以上、約3nm以下がよい。
【0094】
磁化フリー層21の上に積層されているCu層はHCL23であり、バイアスポイント調整の効果を備える。つまり、Cu層によって、スピンバルブ膜中に流れる電流中心を磁化ピン層側から磁化フリー層に近づけることによって、フリー層に印加される電流磁界Hcuを低減することが可能となる。
【0095】
ただし、あまりHCL23を厚くすると、シャントによってMR変化率が低減するため好ましくない。望ましい範囲としては、約0.3nm以上、約3nm以下、さらに好ましくは約0.5nm以上、約2nm以下がよい。
【0096】
尚、このHCL23の膜厚は、バイアスポイントに大きく関るものであり、磁化ピン層漏洩磁界Hpinの大きさにあわせて変えるべきものである。HCL23の膜厚については、BCL膜厚のとともに、後に詳述する。
【0097】
Cu層上のTaOキャップ層27は、鏡面反射効果を持つものであり、酸化物層であることが望ましい。材料は、TaO以外でも、AlO、TiO、CrO、WO、VO、ZrO、HfO、FeO、CoOなどのその他の金属酸化物でも構わない。また、酸化物層の上にさらにキャップ層として、金属Ta層をさらに成膜しても構わない。
【0098】
尚、本実施例では磁化ピン層13,17が磁化フリー層21よりも下層に位置する、ボトムタイプスピンバルブについて説明したが、本発明はボトムタイプに限定されるものではなく、磁化ピン層が磁化フリー層よりも上層に形成されるトップタイプでも構わない。
【0099】
トップタイプには、TaO/Cu 1nm/NiFe 1nm/CoFe 1nm/Cu 2.2nm/CoFe 2nm/NOL 1.5nm/CoFe 0.5nm/PtMn 10nm/NiFeCr 1nm/CoFe 1.5nm/Ta 3nm等がある。ここで、下層のTaOはバッファ層兼磁化フリー層用NOL、その上層のCu層はHCL兼下地シード層、NiFe層及びCoFe層が互いに強磁性結合して磁化フリー層を構成し、Cu層はスペーサ層、CoFe層、NOL、CoFe層が、CoFe層どうしが強磁性結合した磁化ピン層、PtMn層が反強磁性層、NiFeCr層が磁気結合切断層(デカップリング層)、CoFe層がBCL、Ta層がキャップ層である。各層の材料、膜厚の変更はボトムタイプと同様である。
【0100】
次に、HCL23の膜厚について、説明する。
【0101】
電流磁界Hcuは磁化フリー層21に接して形成されたHCL23を設けることによって、電流磁界Hcuを低減する。
【0102】
このとき、NOL-SPSVでは、極薄磁化フリー層の採用によるMR変化率の減少分はNOL15,25による鏡面電子反射効果によって、磁化フリー層21の実効膜厚を上げることになるので、HCL23の膜厚は、電流磁界の低減効果を最優先に決定する。そして、あとはHCL23によるシャント分流による磁気抵抗変化率の減少効果を補充するために決定する。
【0103】
具体的には、HCL23の膜厚は最低限必要な膜厚として、ボトムタイプでのキャップ層27のシャントが無視できる程度、例えば平均膜厚3nmのTaキャップ層27を用いているであれば、HCL23としてCuを用いて、約0.3nm以上、約2nm以下とすることができ、望ましくは約0.5nm以上、約25nm以下とすることができる。膜厚の上限は、HCL23の膜厚を厚くすると、シャント分流で抵抗変化率が低下してしまうためであり、膜厚の下限は、スピンフィルターの効果を得るためである。
【0104】
一方、磁化フリー層21に加わる他の強磁性層からの漏洩磁界Hpについては、磁化ピン層13、17にSy-AF構造を使わず、BCL7により補償するが、BCL7の磁化が完全に磁化ピン層と逆向きに固着されるわけでないことに注意が必要である。
【0105】
つまり、上述の通り、BCL7の磁化方向は電流磁界Hcu BCLと磁化ピン層13からの漏洩磁界Hpin BCLによって固着され、一般的に、これら二つの磁界によるBCL7の磁化方向の固着はSy-AFによる磁化固着よりもハイト方向に完全に向ききっていないことが多い。
【0106】
よって、上記(2)式におけるHBCLの大きさは、完全に磁化ピン層13、17と反対方向に固着された場合よりも小さくなる。つまり、Sy-AF構造におけるバイアス補償と同等の効果を持とうとすると、Sy-AF構造の一方の磁性層よりもBCL7のほうが磁気膜厚を必要とする。
【0107】
Sy-AF構造とBCL7との差は、センス電流磁界Hcu BCLの大きさが小さいほど顕著になり、逆にセンス電流が十分大きければその差は小さくなる。また、磁化ピン層13、17からの漏洩磁界によって、BCL7は磁化ピン層13、17とは逆向きの磁化方向に固着されるので、ピン層の磁気膜厚が厚ければ厚いほどSy-AF構造との差が小さくなり、薄ければ逆となる。
【0108】
尚、完全な理想状態として、磁化ピン層13、17の磁気膜厚が十分厚く、センス電流が十分大きい場合には、BCL7のハイト方向への磁化固着の不完全差の分を考慮すれば、(1)、(2)式を容易に満たす事ができる。
【0109】
LLG(Landau Lifshits Girbard)マイクロマグネティックシミュレーションを用いた解析を行ったところ、Sy-AFと比べたときに、BCL7のピン磁化方向の不完全さは約70%から約95%であった。つまり、BCL7はSy-AF構造における一磁性層の1.1倍~1.4倍の磁気膜厚が必要となる。
【0110】
反強磁性層側磁化ピン層13の磁気膜厚は、CoFe換算で約1.0nm以上、約3nm以下(NiFe換算で約1.8nm以上、約5.4nm以下)になり、(2)式による実効ピン漏洩磁界のために許容される△tpin (△tpin=(Ms×t)pin−(Ms×t)BCL)、0.5nmT〜2nmTなので、BCL7によるハイト方向への実効ピン層磁気膜厚は0.9nmT〜4.9nmTとなる。
【0111】
加えて、BCL7に実際に必要な膜厚は上述の通り、Sy-AF構造の一磁性層の約1.1から約1.4倍の膜厚が必要なため、NiFe換算膜厚で約1nm以上、約6.9nm以下、CoFe換算で約0.6nm以上、約3.8nm以下必要となる。
【0112】
ここでは、反強磁性層側磁化ピン層13の磁気膜厚が薄くできることを想定したが、実際にはNOL15を含む場合には厚くなるので、望ましい範囲としては、NiFe換算で約1.8nm以上、約4.5nm以下、CoFe換算で約1nm以上、約2.5nm以下がよい。
【0113】
実施例1の膜構成でBCL膜厚の最適値を求めるために行ったLLGマイクロマグネティックシミュレーション結果を図3に示す。
【0114】
△tpin of zero asymmetry[nmT]は、良好な対象性(アシンメトリ)が得られるときのΔtpinの値である。また、ピン層完全固着(Pin fixed)は磁化ピン層の磁化がハイト方向に完全に一方向に向いている理想状態に対応し、Hua 800[Oe]と400[Oe]は磁化ピン層の一方向異方性を示し、その値が小さくなるに従って、理想状態よりもハード膜29からの漏洩磁界により傾きやすい状態に対応する。
【0115】
ハード膜/リード電極間距離で決まる磁気抵抗効果膜28のトラック幅は0.5mm、ハイトは0.3mmである。
【0116】
図3において、横軸はハード膜厚の相対的な強さであり、ハード膜の磁気膜厚(Ms×t)hardとフリー層の磁気膜厚(Ms×t)freeの比で求められる。実際のヘッドでは、理想系とはバイアス値が異なるため、横軸の絶対値にはあまり意味がなく、計算上、バルクハウゼンノイズが生じない範囲での相対値である。尚、センス電流はパラメータとして変えている。
【0117】
また、図2において、縦軸はバイアスポイントが最適値であって、信号波形の非対象性がゼロになるときのBCL7の膜厚であり、左側にNiFe換算の磁気膜厚(nmT)で、右側に飽和磁化1.8TのCoFe換算の膜厚を示している。
【0118】
その結果、磁化ピン層13、17の一軸異方性Huaによっても異なるが、BCL7を飽和磁化1.8TのCoFeとした場合の膜厚は、約1nm以上、約2.5nm以下が好ましい範囲であることがわかる。
【0119】
これらの範囲は、非磁性高導電層HCL23の膜厚が厚ければ厚いほど、BCL膜厚も厚い側に、Huaが大きいほどBCL膜厚が薄い側に、センス電流が大きいほどBCL膜厚が薄い側に最適条件がずれていくことになる。
【0120】
【発明の効果】
酸化物、窒化物、炭化物、あいは弗化物を含有する層を有し、良好なバイアスポイントを備える磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、これを搭載する磁気再生装置、磁気記憶装置、及び磁気抵抗効果膜の抵抗検知方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図2】第一の実施形態に係る磁気抵抗効果素子のバイアスポイント調整について説明するための拡大断面図である。
【図3】第一の実施例における、計算結果を示す図である。
【符号の説明】
7…BCL
9・・・デカップリング層
11…反強磁性層
13…磁化ピン層
15…NOL
17…磁化ピン層
19…非磁性スペーサ層
21…磁化フリー層
23…HCL
25…NOL
29…バードバイアス膜
31…リード電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetoresistive effect element using a magnetoresistive effect, a magnetic reproducing head, a magnetic reproducing apparatus equipped with the magnetoresistive effect element, a magnetic storage device, and a resistance detecting method of a magnetoresistive effect film.
[0002]
[Prior art]
In recent years, along with the increase in the density of hard disk drives (HDDs), it has two ferromagnetic layers in which the external magnetic fields are zero and their magnetizations are substantially orthogonal to each other, and a nonmagnetic layer inserted between them. SV-GMR (Spin-Valve Giant Magneto Resistive) heads equipped with a spin valve (SV) film whose electric resistance changes depending on the relative magnetization direction of the magnetic layer have begun to be adopted. In the future, a higher-sensitivity SV-GMR head will be required for further increases in density. Further improvement in magnetoresistive effect change rate (MR change rate) that provides high output, and SV-GMR film thickness In particular, it is important to reduce the thickness of the magnetosensitive layer (magnetization free layer) in which the direction of magnetization changes according to the signal magnetic field.
[0003]
A spin-filter spin-valve (SFSV) film comprising a highly conductive layer adjacent to the magnetization-free layer, which has been made extremely thin to several nanometers, has been proposed and put into practical use. SFSV realizes a high output reproducing head by improving the magnetization sensitivity accompanying the reduction of the thickness of the magnetization free layer.
[0004]
Furthermore, as a technology following SFSV, NOL-SPSV (Nano Oxide Layer-SPecular Spin-Valve) that uses the specular (electron specular reflection) effect to improve MR change rate and has a practical spin valve film structure ) Membranes have been proposed. In this film, an ultra-thin oxide layer called NOL is inserted into a magnetization free layer or a magnetization pinned layer (magnetization pinned layer) stacked via a magnetization free layer and an intermediate nonmagnetic layer. By mirror-reflecting electrons, the spin valve film is made like a pseudo artificial lattice film to increase the MR change rate. By the invention of this structure, it is possible to dramatically improve the MR change rate of the spin valve film.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the present inventors have found that the following problems arise when NOL-SPSV is actually applied to a sensor or a magnetic head.
[0006]
First, using an ultra-thin magnetization free layer is essential for NOL-SPSV films aiming at high-density reproduction, but when using this ultra-thin magnetization free layer, the bias point (operating point during head operation) is adjusted. Becomes difficult. For this purpose, it is important to reduce various magnetic fields applied to the magnetization free layer. Among them, the leakage magnetic field (Hpin) of the magnetization pinned layer greatly affects the magnetization of the magnetization free layer.
[0007]
In order to reduce the leakage magnetic field of this magnetization pinned layer, in SFSV, Sy is obtained by synthetic coupling (antiferromagnetic coupling, hereinafter referred to as Sy-AF) between two ferromagnetic layers laminated via a nonmagnetic layer. -The AF structure is adopted for the magnetization pinned layer.
[0008]
In this Sy-AF structure, the upper and lower ferromagnetic pinned layers sandwiching the nonmagnetic layer such as Ru having an average film thickness of about 9 angstroms are antiferromagnetically coupled. Therefore, the leakage magnetic field from the magnetization pinned layer is the difference between the upper and lower pinned layer magnetic film thicknesses (Ms x t (saturation magnetization x film thickness)), and is substantially applied to the magnetization free layer without making the magnetization pinned layer extremely thin. The pin layer leakage magnetic field can be lowered. Details of the Sy-AF structure are disclosed in Japanese Patent Publication No. 2786660.
[0009]
In this way, while reducing the leakage magnetic field of the magnetization pinned layer, by using a highly conductive layer such as a Cu layer, the current magnetic field (Hcu) And an indirect interlayer coupling magnetic field (H between the magnetization free layer and the pin layer via the nonmagnetic spacer layer).in)pin+ Hcu+ HinBy selecting the current direction so that the relationship of = 0 holds, SFSV using the Sy-AF structure has realized a good bias point.
[0010]
However, when attempting to realize the Sy-AF structure in the NOL-SPSV film, the problem that the above-mentioned characteristics of the Sy-AF structure are not obtained has been clarified. Although the detailed reason is not clear, for example, oxygen, nitrogen, fluorine, carbon, etc. in the NOL layer diffuse into the Ru layer of the Sy-AF structure by heat treatment, and antiferromagnetic coupling of the upper and lower magnetization pinned layer via Ru This is thought to be caused by a phenomenon such as weakening. As a result, the Sy-AF structure cannot be adopted in the NOL-SPSV, and the leakage magnetic field from the magnetization pinned layer cannot be reduced, so that a good bias point cannot be realized.
[0011]
On the other hand, there is a concept of using a magnetic keeper layer in order to cancel the leakage magnetic field from the magnetization pinned layer completely to zero (Japanese Patent Laid-Open No. 8-55312). This is because a soft magnetic keeper layer is laminated on either the upper or lower surface of the spin valve film, and the magnetization direction of the soft magnetic keeper layer is opposite to the magnetic field direction of the magnetization pinned layer by a current magnetic field. This cancels the layer leakage magnetic field.
[0012]
This cancellation method using a magnetic keeper layer completely eliminates the pin layer leakage magnetic field andinHcuTo cancel with (Hin= Hcu, Hpin= 0) to adjust the bias point. In relatively low density recording, since the magnetization free layer is thick, the external magnetization sensitivity of the magnetization free layer is dull. In addition, since the magnetization free layer is thick, the ratio of the conductance of the magnetization free layer in the SV film of the magnetization free layer is large, so that the current magnetic field becomes relatively small, which is reduced by the small interlayer coupling magnetic field H.inThe canceling method using the magnetic keeper layer is effective.
[0013]
However, the film thickness of the magnetization free layer of NOL-SPSV, which aims at high recording density, is expected to decrease.cuTherefore, there is a limit to the cancellation method using the magnetic keeper layer.
[0014]
Note that it is easy to see from the film structure described in the above publication that the current magnetic field is not too large. In other words, in order to reduce the current magnetic field to the magnetization free layer in SFSV described above, it is essential for the high-density head to reduce the current magnetic field by forming a highly conductive layer in contact with the magnetization free layer. This is because there is no description in JP-A-8-55312.
[0015]
In addition, HinA method of realizing a bias point by flowing a current in the direction of canceling is not realistic in NOL-SPSV. That is, the current magnetic field HcuIs HinBigger than Hin= HcuThis design is very difficult.
[0016]
Thus, with the conventional bias point adjustment method, it is difficult to satisfactorily adjust the bias point of NOL-SPSV.
[0017]
The present invention, beginning with the problems in the prior art described above, includes a magnetoresistive effect element having a good bias point, a magnetoresistive effect head, a magnetic reproducing device equipped with the magnetoresistive effect device, a magnetic storage device, and a magnetoresistive effect film. It is an object to provide a resistance detection method.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, an embodiment of the present invention provides a first ferromagnetic material having magnetization in a first direction when an applied magnetic field is zero and capable of rotating the magnetization under a predetermined applied magnetic field. A first nonmagnetic layer formed on the first ferromagnetic layer, and a first nonmagnetic layer formed on the first nonmagnetic layer, wherein the applied magnetic field is zero and the predetermined applied magnetic field is And a second ferromagnetic layer that retains magnetization in the second direction;Formed between the second ferromagnetic layer and the second nonmagnetic layer and in contact with the second ferromagnetic layerAn antiferromagnetic layer, a second nonmagnetic layer formed on the antiferromagnetic layer, and a layer formed on the second nonmagnetic layer, the magnetization pinning direction being opposite to the second direction And formed in the third ferromagnetic layer made of a soft magnetic material and the second ferromagnetic layer or between the second ferromagnetic layer and the second nonmagnetic layer, A magnetoresistive film including a layer containing oxide, nitride, carbide, or fluoride, and the direction of the current magnetic field in the third ferromagnetic layer is opposite to the second direction. Provided is a magnetoresistive element comprising a pair of electrodes for passing a current through a magnetoresistive film.
[0019]
Further, the magnetoresistive element can constitute a magnetic reproducing head mounted on a head gimbal assembly or the like. In addition, a magnetic reproducing apparatus equipped with this magnetic reproducing head and a magnetic recording medium on which magnetic information is recorded can realize higher recording density than ever before. The magnetoresistive element of the present invention can also be used for a magnetic reproducing apparatus in which a magnetic recording medium can be removed.
[0020]
In addition, the magnetoresistive element can constitute a memory cell together with a transistor or a diode or independently. By integrating the magnetoresistive elements, a nonvolatile semiconductor memory device can be configured.
[0021]
  Furthermore, another embodiment of the present invention comprises a first ferromagnetic layer having a magnetization in a first direction when the applied magnetic field is zero, and wherein the magnetization can rotate under a predetermined applied magnetic field, A first nonmagnetic layer laminated on the first ferromagnetic layer, and a second nonmagnetic layer laminated on the first nonmagnetic layer, wherein the applied magnetic field is zero and the second applied under the predetermined applied magnetic field. A second ferromagnetic layer that retains magnetization in the direction ofFormed between the second ferromagnetic layer and the second nonmagnetic layer and in contact with the second ferromagnetic layerAn antiferromagnetic layer, a second nonmagnetic layer formed on the antiferromagnetic layer, and a layer formed on the second nonmagnetic layer, the magnetization pinning direction being opposite to the second direction And formed in the third ferromagnetic layer made of a soft magnetic material and the second ferromagnetic layer or between the second ferromagnetic layer and the second nonmagnetic layer, A magnetoresistive film including an oxide, nitride, carbide, or fluoride-containing layer, and passing a current in a direction in which a current magnetic field in the third ferromagnetic layer is opposite to the second direction. The present invention relates to a method for detecting a resistance of a magnetoresistive film, wherein the resistance value of the magnetoresistive film is detected.
[0022]
In the magnetoresistive effect element, the magnetic reproducing head, the magnetic reproducing device, and the resistance detecting method for the magnetoresistive film described above, the following configuration can be provided.
1. The first ferromagnetic layer has a third nonmagnetic layer containing any element of Cu, Au, and Ag formed on the surface opposite to the surface in contact with the second nonmagnetic layer. The content may be a nonmagnetic layer containing 50 atomic% or more.
2. The average film thickness of the first ferromagnetic layer is 3 nm or less.
3. The magnetic thickness of the third ferromagnetic layer is 1.8 nmT or more and 4.5 nmT or less in terms of the material of saturation magnetization 1T.
4). The third ferromagnetic layer contains a CoFe alloy of 50 atomic% or more, and the average film thickness is 1 nm or more and 2.5 nm or less.
5. The average film thickness of the layer containing oxide, nitride, carbide, or fluoride is 1 nm or more and 2 nm or less. The oxide, nitride, carbide, or fluoride content of this layer can be 50 atomic% or more.
6). The direction of the leakage magnetic field applied from the third ferromagnetic layer to the first ferromagnetic layer is such that the leakage magnetic field from the second ferromagnetic layer, the current magnetic field, and the first magnetic layer are applied to the first ferromagnetic layer. This is a direction to cancel the direction of the magnetic field obtained by the sum of the interlayer coupling magnetic fields due to the interlayer coupling between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
7. An antiferromagnetic layer formed between the second ferromagnetic layer and the second nonmagnetic layer and in contact with the second ferromagnetic layer.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Next, a magnetoresistive effect element according to one embodiment of the present invention will be described.
[0024]
First, a magnetoresistive effect element of this form includes a first ferromagnetic layer having a magnetization in a first direction with an applied magnetic field being zero, and capable of rotating the magnetization by a predetermined applied magnetic field, and a first strong layer. A first nonmagnetic layer laminated on the magnetic layer and a nonmagnetic intermediate layer, and a second strong magnetic field that maintains magnetization in the second direction in a state where the applied magnetic field is zero and the predetermined applied magnetic field. A magnetic layer is provided.
[0025]
The first ferromagnetic layer is a magnetization free layer whose magnetization rotates when an applied magnetic field such as a signal magnetic field is applied. This magnetization free layer is laminated with the second ferromagnetic layer via a spacer layer containing Cu or the like as the first nonmagnetic layer. This second ferromagnetic layer is a magnetization pinned layer that maintains its magnetization direction even in a state where the applied magnetic field is zero and a predetermined applied magnetic field in which the magnetization of the first ferromagnetic layer rotates.
[0026]
The magnetization pinning (pinning) of the magnetization pinned layer in the second direction is a method using a ferromagnetic material having a coercive force high enough to maintain magnetization even in a predetermined applied magnetic field as a material of the magnetization pinned layer. There are a method of stacking with a ferromagnetic layer and fixing it by magnetic exchange coupling with an antiferromagnetic layer, and a method of fixing a hard magnetic layer close to or adjacent to the magnetization pinned layer and fixing it by its leakage magnetic field.
[0027]
The first and second directions may be the same, but are preferably different, and may be substantially perpendicular to each other. An element in which the first and second directions are substantially perpendicular is a so-called spin valve element.
[0028]
The electric resistance of the magnetoresistive effect element is low when the magnetization of the magnetization free layer changes according to the signal magnetic field and is equal to the second direction, and the magnetization of the magnetization free layer is substantially antiparallel to the second direction. It shows high resistance in the state.
[0029]
Such a resistance change is due to the fact that electrons are scattered depending on the magnetization (spin) direction of the ferromagnetic layer at the interface between the ferromagnetic layer of the magnetization free layer and the magnetization pinned layer and the nonmagnetic spacer layer. Yes (spin-dependent interface scattering).
[0030]
In the present embodiment, an oxide, nitride, or carbide formed in the layer of the magnetization pinned layer of such a magnetoresistive effect element or on the surface opposite to the side in contact with the nonmagnetic spacer layer of the magnetization pinned layer. Or a layer containing fluoride. This layer mirror-reflects (specular) electrons that have moved through the magnetoresistive effect element. For electrons that have passed through the magnetization pinned layer from the nonmagnetic spacer layer and reached the mirror surface of this layer, the nonmagnetic spacer layer The interface between the magnetization pinned layer and the magnetization free layer increases in a pseudo manner, and the number of scattering can be increased.
[0031]
The average film thickness of the oxide, nitride, carbide, or fluoride-containing layer is about 0.5 nm to 5 nm from the viewpoint of setting the magnetic coupling force between the magnetic layers sandwiching the average value. preferable. Hereinafter, this layer is referred to as NOL, taking as an example a layer comprising an oxide as a main component.
[0032]
The NOL-SPSV of this embodiment newly includes a third ferromagnetic layer as a BCL (Bias Compensation Layer) that compensates for an external magnetic field (bias) applied to the magnetization free layer. A soft magnetic material or the like is preferable for the BCL.
[0033]
Due to the leakage magnetic field applied from the BCL to the magnetization free layer, due to the leakage magnetic field from the magnetization pinned layer, the current magnetic field generated by current conduction, and the interlayer coupling between the magnetization pinned layer and the magnetization free layer. The bias point of this magnetoresistive element is adjusted by canceling the sum of the interlayer coupling magnetic fields. That is, the magnetization direction of the magnetization free layer when the applied magnetic field is zero can be set to a desired first direction.
[0034]
In order to adjust the bias point, it is necessary to pass a current so that the direction of the current magnetic field in the BCL is opposite to the magnetization direction (second direction) of the magnetization pinned layer.
[0035]
The second nonmagnetic layer is necessary to prevent magnetic coupling between the magnetization pinned layer and the BCL.
[0036]
Such a favorable bias point in NOL-SPSV can be realized by the present embodiment as a result of the inventors' research as described below. The details will be described below.
[0037]
First, the interlayer coupling magnetic field H applied to the magnetization free layer by interlayer coupling with the magnetization pinned layerinThe leakage magnetic field H from other ferromagnetic layerspAnd current magnetic field HcuIs the main magnetic bias applied to the magnetization free layer and the bias point is adjusted (Hp= Hcu+ HinHowever, if the magnetization pinned layer and the magnetization free layer have a ferromagnetic magnetization arrangement, HinIs a positive value, H in the case of an antiferromagnetic magnetization arrayinIs a negative value), which seems to be the most realistic method for high-density playback.
[0038]
  That is, magnetismConversionThe bias point is adjusted so that Hp and Hcu, which are static magnetic fields to the free layer, are reversed. The value of Hp is solved by using the bias compensation effect by BCL.
[0039]
That is, the leakage magnetic field H applied from the BCL to the magnetization free layerBCLThe leakage magnetic field H applied from the magnetization pinned layer to the magnetization free layerpinAnd in the opposite direction, Hp It solves the increase of
[0040]
The concept of bias point adjustment in the present invention is shown in the following equation.
[0041]
Hp = Hin + Hcu(1)
Hp = Hpin ― HBCL                       (2)
However, HinSign of HcuIs defined as positive.
[0042]
Hpin= π2(Ms × t)pin/ h (3)
Hcu= 2πc × Is/ h (4)
c = | (I1-IThree) / (I1+ I2+ IThree) | (5)
HBCL= D × π2(Ms × t)BCL/ h (6)
In the above formulas (1) to (6), h is the MR height [μm]. D is a value smaller than 1 and varies depending on the sense current value and the value of Ms × t of the magnetization pinned layer. In other words, the larger the sense current value is, and the larger the value of Ms × t of the magnetization pinned layer is, the larger D is, which approaches 1.
[0043]
IsIndicates the sense current value flowing in the magnetoresistive film, and the shunt value I1, I2And IThreeIndicates the sum of These current values indicate the current value flowing in each region obtained by dividing the region in which the current flows by the pair of electrodes in the magnetoresistive effect film into three in the vertical direction, and the current value I flowing in the magnetization free layer that is the middle region.2The current value I flowing through the region from the upper layer of the magnetization free layer to the uppermost conductive layer (cap layer 27 in FIG. 1) between the electrodes1, And the current value I flowing through the region from the lower layer of the magnetization free layer to the lowermost conductive layer (buffer layer 3 in FIG. 1) between the electrodes.ThreeIt is. Note that Is is a positive value when a current flows in a direction in which the current magnetic field in the BCL 7 is opposite to the magnetization direction of the magnetization pinned layer.
[0044]
The adjustment of the bias point using BCL will be described below using a specific structure as an example.
[0045]
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional structure of the bottom type spin valve film of the present embodiment.
[0046]
The magnetoresistive effect element according to the present embodiment includes a buffer layer 3, a seed layer 5, a BCL 7, a BCL 7, a decoupling layer 9 that prevents magnetic coupling between the antiferromagnetic layer 11 and an antiferromagnetic layer, which are sequentially formed on the substrate 1. Magnetoresistive film 28 including layer 11, magnetization pinned layer 13, NOL15, magnetization pinned layer 17, nonmagnetic layer 19, magnetization free layer 21, HCL23, NOL25, cap layer 27, a pair of hard bias films 29, a pair of leads An electrode 31 is provided. The materials constituting the main component of each layer will be described in detail in Example 1.
[0047]
In the bottom type spin valve film in which the magnetization pinned layer is positioned below the magnetization free layer in the stacking direction, the BCL is disposed below the magnetization pinned layer. In the top type spin valve film in which the magnetization pinned layer is positioned above the magnetization free layer in the stacking direction, the BCL is disposed above the magnetization pinned layer.
[0048]
In FIG. 1, the antiferromagnetic layer 11 is exchange-coupled to the magnetization pinned layer 13, and the magnetization direction of the magnetization pinned layer 13 is fixed in the direction from the back to the front of FIG. Has been. Further, the magnetization pinned layer 17 has magnetization in the same direction as the magnetization pinned layer 13 due to ferromagnetic exchange coupling with the magnetization pinned layer 13.
[0049]
  The NOL 15 between the magnetization pinned layers 13 and 17 contains an oxide of the material constituting the magnetization pinned layer 13 as a main component (50 atomic% or more).ConversionA specular reflection effect on the surface on the pinned layer 17 side can be expected. The main component of NOL 15 can be appropriately changed to carbide, nitride, fluoride, etc. in addition to oxide. Further, it may be an oxide, carbide, nitride, or fluoride of a material different from the material constituting the magnetization pinned layer 13.
[0050]
The nonmagnetic layer 19 in contact with the magnetization pinned layer 17 is a nonmagnetic spacer layer of the spin valve element, and spin-dependent scattering occurs on both surfaces in contact with the magnetization pinned layer 17 and the magnetization free layer 21 of this layer.
[0051]
The magnetization free layer 21 is given a magnetization bias in the left-right direction in FIG. 1 by a leakage magnetic field from a pair of hard bias films 29 formed on both sides by a so-called abut junction structure. When the external magnetic field is zero, , Has magnetization in this direction. In addition, this magnetization bias maintains a single magnetic domain in the magnetization free layer 21, and measures against Barkhausen noise are taken.
[0052]
The magnetization free layer 21 is adjusted so that its magnetization can freely rotate when an external magnetic field is applied. When an external magnetic field in the reverse direction is applied from the front and back of FIG. The magnetization of the layer 21 changes following this direction. On the other hand, when an external magnetic field in the front direction is applied from the back of the sheet of FIG. 1, the magnetization of the magnetization free layer 21 also changes following this direction.
[0053]
Due to the magnetization rotation of the magnetization free layer 21, the electric resistance of the magnetoresistive effect film 28 changes depending on the relationship that the relative magnetization direction with the magnetization pinned layer 17 is parallel or antiparallel. That is, the electrical resistance of the magnetoresistive film 27 is low when the magnetization directions are parallel, and the electrical resistance of the magnetoresistive film 27 is high when the magnetization directions are antiparallel. This change in electrical resistance is detected by a conventionally known detection circuit that detects a change in resistance via a pair of lead electrodes 31 connected to both ends of the magnetoresistive film.
[0054]
An HCL 23 containing a highly conductive material is formed on the magnetization free layer 21, and as described above, the HCL 23 is adjusted by adjusting its thickness.cuCan be adjusted as appropriate.
[0055]
The NOL 25 on the HCL 23 is inserted with the intention of an electron mirror reflection effect on the magnetization free layer 21 side.
[0056]
The method for maintaining the bias point in the magnetoresistive film 28 is as described in the above basic formula.
[0057]
The relationship between the above equations (1) and (2) and the structure of this element will be described with reference to FIG.
[0058]
The cross-sectional structure of the magnetoresistive element shown in the cross-sectional perspective view of FIG. 2 is the same as that of FIG. However, for convenience, FIG. 2 shows the magnetoresistive film 28 of FIG. 1 further enlarged in the vertical direction of the drawing.
[0059]
It is important for adjusting the bias point to adjust so as to sufficiently satisfy the expression (1). Variable factors include HpAnd HcuIs used. HcuAs described above, it can be changed by controlling the film thickness of a nonmagnetic high conductive layer (HCL) formed adjacent to the magnetization free layer.
[0060]
In other words, the thicker the HCL film, the more the current magnetic field HcuBecomes smaller and H increases due to film thickness increase.cuThe degree of reduction increases as the sheet resistance of the magnetoresistive film 28 increases.
[0061]
In simple terms, the degree of the effect can be calculated by approximating each layer of the spin valve film with a parallel conductor model. However, in this case, the specific resistance value of each layer should not be calculated using the bulk value, but should be calculated from the amount of change in conductance when shifted from 1 nm to 2 nm in the positive or negative direction from the actual film thickness. is required. By this method, it can be used approximately as a specific resistance value in consideration of the current Boltzmann distribution.
[0062]
Next, HpIs H, as in equation (2).pinAnd HBCLAnd determined from
[0063]
Of which, HpinIs roughly determined by the height of the magnetization pinned layers 13 and 17 (the height extending from the signal inflow surface of the magnetoresistive effect film 28 to the back) and the magnetic film thickness (Ms × t).
[0064]
However, for the sake of simplicity, it is assumed that the magnetization directions of the magnetization pinned layers 13 and 17 are completely fixed in one direction. In FIG. 1, it is necessary to consider that they are not fixed in the direction from the back to the front of the paper. For example, in a shield type head in which the magnetoresistive film 28 is sandwiched by a shield film through a gap film, a shield film is provided at the end in the track width direction (left and right direction in FIG. 1). This is because bending (curling) exists and the magnetization direction is deviated from the desired direction by a bias magnetic field from the hard bias film 29 for making the magnetization free layer a single magnetic domain.
[0065]
In FIG. 2, HBCLIs the leakage magnetic field applied to the magnetization free layer by BCL, and the current magnetic field H in BCLcu BCLAnd leakage magnetic field H from the magnetization pinned layers 13 and 17pin BCLOf the sum of BCL is likely to receive a current magnetic field in the magnetoresistive effect film 28 as much as possible (from the upper and lower ends from the current center position), and the current magnetic field in the BCL (Hcu BCL) Is the direction of the current magnetic field (Hcu) In the opposite direction. This causes Hp= Hpin+ HBCLCan be realized, and a good bias point in NOL-SPSV can be realized.
[0066]
On the other hand, H in equation (2)BCLIs a factor newly introduced in the present invention.
[0067]
BCL consists of a ferromagnetic layer, and its magnetization pinned direction is opposite to the magnetization direction of the magnetization pinned layer. This is because the current magnetic field (Hcu BCL) And leakage magnetic field (Hpin BCL) In the same direction. Therefore, HBCLHcu BCL+ Hpin BCLBy adjusting these magnetic fields appropriately, HBCLCan be determined.
[0068]
The direction of the sense current passed through the electrode 31 is the current magnetic field (Hcu) Is applied to the magnetization free layer from other ferromagnetic layers such as the magnetization pinned layer (Hp) Is the direction to cancel.
[0069]
As described above, the magnetization of the BCL is fixed by the current magnetic field and the leakage magnetic field from the magnetization pinned layer, but as described above, the magnetization direction of the magnetization pinned layer is not completely fixed in the MR height direction. , Hpin BCLTends to be smaller than a pinned layer using Sy-AF. Further, H by the hard bias film 29pin BCLThe effect of reduction is more noticeable in BCL using a soft magnetic layer, so it is desirable to take these into consideration when designing.
(Example 1)
In Example 1, Example 1 of the bottom type spin valve film according to the first embodiment will be described.
[0070]
First, a spin valve film composed of the following layers was formed on the substrate 1. The film thickness is a value immediately after film formation by controlling the film formation speed and film formation time.
[0071]
Ta 3nm / NiFeCr 2nm / CoFe 1.5nm / NiFeCr 1nm / PtMn 10nm / CoFe 0.5nm / NOL / CoFe 2nm / Cu 2.3nm / CoFeNi 2nm / Cu 1nm / TaO 1nm
The spin valve film was formed by DC magnetron sputtering in vacuum using the layer material of each layer as a target material. Ultimate vacuum in the sputter chamber is 1 × 10-7The film was formed at a gas pressure of 1 mTorr to 10 mTorr using Ar gas at a pressure lower than Torr. In addition to the DC magnetron sputtering method, an IBD (Ion Beam Deposition) method may be used. In that case, Xe gas can be used as the sputtering gas, and the gas pressure can be lowered as compared with DC magnetron sputtering.
[0072]
Next, the configuration of each layer will be described with reference to FIG.
[0073]
From the substrate 1 side, the Ta layer is the buffer layer 3, and an average film thickness of about 0 to 5 nm is desirable. Instead of Ta, metals such as Ti, Zr, Hf, W, Cr, V, Mo, Re, Os, and alloys thereof may be used. Of these, Ta, Ti, and Zr can be used.
[0074]
The NiFeCr layer thereabove is a seed layer 5 made of a non-magnetic material that promotes parallel orientation with respect to the layer surface of the (111) plane of the face-centered cubic structure (fcc) of CoFe, NiFeCr, etc. of the upper layer. Here, Cr is added to reduce the shunt and to make the magnetic material NiFe nonmagnetic. The addition amount of Cr is desirably about 20% to 60% (atomic%). Further, Nb, Hf, Ta, Ti, Mo, W or the like may be added instead of chromium. Furthermore, nonmagnetic NiCr, Cu, Ru, Re, Os, Pt, nonmagnetic NiCu, or the like may be used as the fcc (111) orientation promoting film. If the seed layer 5 is made of a material having a crystal orientation promoting function, the buffer layer 3 may be omitted.
[0075]
The CoFe layer on the NiFeCr layer is BCL7 and is fcc (111) -oriented due to the effect of the underlying seed layer.cu BCLAnd leakage magnetic field H from the magnetization pinned layers 13 and 17pin BCLTherefore, the magnetization direction can be opposite to the magnetization direction of the magnetization pinned layer.
[0076]
If the soft magnetism of BCL7 is not enough, current magnetic field (Hcu BCL) And the leakage magnetic field (Hpin BCL) Is not preferable because the magnetization direction does not move. However, soft magnetism is not required as much as the magnetization free layer 21 that must react sensitively to the medium magnetic field.
[0077]
One standard is the current magnetic field (Hcu BCL) And leakage magnetic field from pinned layer (Hpin BCLAs long as the coercive force (Hc) is 1/10 to 1/5 or less, there is no problem. Since this film plays an important role for bias point control, it is necessary to pay attention to this film thickness determination. The guideline for determining the film thickness will be described in detail later.
[0078]
The sputtering target material for BCL7 is CoFe here, but it can be a crystalline material such as NiFe or NiFeX (X = Cr, Nb, Hf, Ti, Ta, W, Mo), or an amorphous material such as CoZrNb or CoZrTa. I do not care. However, in the case of the bottom type NOL-SPSV, the BCL 7 also has a role as an underlayer, and therefore, a crystal material such as CoFe or NiFe is desirable in terms of controlling crystal orientation laminated on the BCL 7. When the BCL 7 is a top type located in the upper layer in the spin valve film, an amorphous material may be used.
[0079]
The NiFeCr layer on the CoFe layer is a nonmagnetic layer (decoupling layer 9) for breaking the magnetic coupling between the magnetic BCL 7 and the antiferromagnetic layer 11 PtMn layer. Since the smaller one is better, the same NiFeCr as the seed layer 5 was used. The material is not necessarily the same as that of the seed layer 5, but the materials just mentioned for the base seed layer can be used as they are.
[0080]
Here, there is a problem if magnetic coupling occurs between the antiferromagnetic film 11 and the BCL 7. This is because, as shown in FIG. 1, the magnetization direction of the magnetization pinned layers 13 and 17 fixed by exchange coupling with the antiferromagnetic film 11 and the leakage magnetic field (Hpin BCL) And current magnetic field (Hcu BCL), The magnetization direction (HBCL= Hpin BCL+ Hcu BCLHowever, if magnetic coupling occurs between the BCL 7 and the antiferromagnetic layer 11, the magnetization directions of the magnetic pinned layers 13 and 17 and the magnetization direction of the BCL 7 are the same direction. This is because the action to become works.
[0081]
When the coupling between the BCL 7 and the antiferromagnetic layer 11 occurs, it is necessary to make the current magnetic field applied to the BCL 7 or the magnitude of 1/10 to 1/5 or less of the leakage magnetic field from the magnetization pinned layer 17. Therefore, the necessary NiFeCr film thickness is desirably about 0.5 nm to 5 nm, and more desirably about 1 to 3 nm. The thicker it is, the more magnetic coupling can be cut off. However, the electrical shunt increases, and the total film thickness also increases, so adjustment with a high narrow gap (high density) is required. Is required. Further, when used in a reproducing magnetic head, it is difficult to put a thick spin valve film between the magnetic shields via a magnetic gap, so the above film thickness range is preferable.
[0082]
The PtMn layer on the NiFeCr layer is the antiferromagnetic layer 11 and fixes the magnetization of the magnetization pinned layer (CoFe layer) 13 laminated thereon. In order to reduce the electrical shunt, it is desirable that the antiferromagnetic layer 11 is thin. However, if it is too thin, magnetization fixation in one direction becomes difficult. Therefore, in the case of PtMn, about 6 nm to 20 nm is desirable, and further desirable. Is preferably about 8 nm to 15 nm.
[0083]
The antiferromagnetic layer 11 is preferably PtMn, but PdPtMn, IrMn, RuMn, RuRhMn, NiMn, NiO, α-Fe instead of PtMn.2OThreeFor example, another antiferromagnetic layer having a function of fixing the magnetization direction in one direction may be used.
[0084]
CoFe / NOL / CoFe on the PtMn layer is a magnetization pinned layer with an integral magnetization direction, and the upper and lower CoFe via the NOL are ferromagnetic enough to be magnetically strong even when a signal magnetic field is applied. Are connected. The CoFe layer in contact with the PtMn layer preferably has a thickness necessary to prevent oxygen from NOL from reaching PtMn and to magnetically couple with the PtMn layer. However, it is preferable that the thickness is as thin as possible so that the influence of oxygen by NOL15 does not reach the PtMn layer and can be coupled with the PtMn layer at the same time.
[0085]
In addition, since the magnetic film thickness of the magnetization pinned layers 13 and 17 is likely to increase with NOL-SPSV, it is desirable that the magnetic film thickness of the magnetization pinned layers 13 and 17 is as small as possible. For example, it is also desirable to add an additive element such as Cr, B, or Cu in order to reduce the saturation magnetization. The film thickness here is CoFe 0.5 nm, but about 0.3 nm to 1.5 nm is desirable. The magnetic material here may be Fe, Fe-based alloy, Ni, Ni alloy or the like in addition to CoFe alloy. For example, CoFeCr, CoFeB, CoFeCu, etc. can be used.
[0086]
The NOL 15 can be formed by oxidizing the surface on which the magnetization pinned layer 13 is formed, and an oxide film can also be formed.
[0087]
Methods for oxidizing the metal surface include oxygen flow in ultra-high vacuum, plasma oxidation, UV oxidation, and oxidation by an oxygen ion beam. At this time, it is necessary to take care not to oxidize the antiferromagnetic layer 11 below the magnetization pinned layer 13.
[0088]
As a method for forming an oxide film, there are a method in which an oxide target is formed by sputtering, a method in which a metal target is sputtered in an oxygen atmosphere, and a method by reactive sputtering. The film thickness of this NOL 15 is desirably about 0.1 nm or more and about 5 nm or less. Particularly desirably, the thickness is about 1 nm or more and about 2 nm or less. Since the magnetization pinned layer 17 formed on the NOL 15 is a ferromagnetic layer that greatly affects the MR change rate, it is desirable not to add too many additional elements even when the magnetization pinned layer 17 has a low magnetic film thickness.
[0089]
Desirably, Co or a CoFe alloy may be used, and a NiFe alloy may be used. When B and Cu are added to the CoFe alloy to reduce Bs, a small amount of addition can be 3 to 10 atomic%.
[0090]
The Cu layer formed on the magnetization pinned layer 17 is a nonmagnetic layer 19, and a film thickness of about 1.5 nm to about 3 nm is desirable. Particularly desirable is from about 2 nm to about 2.5 nm. When the film thickness of the nonmagnetic layer 19 and the flatness of the layer surface are deteriorated, the magnetic field strength of the inter-layer coupling between the magnetization free layer 21 and the magnetization pinned layer 17 increases. Is important.
[0091]
Normally, the magnetization pinned layer 17 and the magnetization free layer 21 often have a ferromagnetic magnetization arrangement, but there may be antiferromagnetic magnetization arrangement coupling. Either way, too big HinIt is desirable not to be the value of. HinThe value of is preferably about −20 Oe or more and about +20 Oe or less (when +, the magnetization pinned layer and the magnetization free layer are ferromagnetic magnetization arrangements, and when − is an antiferromagnetic magnetization arrangement). More desirably, about −10 Oe to about +10 Oe is preferred.
[0092]
A CoFeNi layer that forms the magnetization free layer 21 is formed on the Cu layer. As the configuration of the magnetization free layer 21, a CoFe / NiFe laminated free layer in which CoFe is in contact with the nonmagnetic layer 19, a single layer CoFe free layer, a single layer CoFeNi free layer, or the like can be used. The single-layer CoFeNi layer used in Example 1 realizes control of magnetostriction and good soft magnetism by adding Ni.
[0093]
In order to utilize the specular electron reflection effect by the NOL 25, it is preferable that the magnetization free layer 21 is thin. Specifically, it is preferably about 1 nm or more and about 4 nm or less, more preferably about 1.5 nm or more and about 3 nm or less.
[0094]
The Cu layer stacked on the magnetization free layer 21 is the HCL 23 and has an effect of adjusting the bias point. In other words, the current magnetic field H applied to the free layer by bringing the current center flowing in the spin valve film closer to the magnetization free layer from the magnetization pinned layer side by the Cu layer.cuCan be reduced.
[0095]
However, it is not preferable to make the HCL 23 too thick because the MR change rate is reduced by the shunt. A desirable range is about 0.3 nm or more and about 3 nm or less, more preferably about 0.5 nm or more and about 2 nm or less.
[0096]
The film thickness of the HCL 23 greatly depends on the bias point, and should be changed in accordance with the magnitude of the magnetization pinned layer leakage magnetic field Hpin. The film thickness of the HCL 23 will be described later together with the BCL film thickness.
[0097]
The TaO cap layer 27 on the Cu layer has a specular reflection effect, and is preferably an oxide layer. The material may be other metal oxides such as AlO, TiO, CrO, WO, VO, ZrO, HfO, FeO, and CoO other than TaO. Further, a metal Ta layer may be further formed on the oxide layer as a cap layer.
[0098]
In this embodiment, the bottom type spin valve in which the magnetization pinned layers 13 and 17 are located below the magnetization free layer 21 has been described. However, the present invention is not limited to the bottom type, and the magnetization pinned layer is not limited to the bottom type spin valve. A top type formed above the magnetization free layer may be used.
[0099]
The top type includes TaO / Cu 1 nm / NiFe 1 nm / CoFe 1 nm / Cu 2.2 nm / CoFe 2 nm / NOL 1.5 nm / CoFe 0.5 nm / PtMn 10 nm / NiFeCr 1 nm / CoFe 1.5 nm / Ta 3 nm. Here, the lower TaO is the NOL for the buffer layer and magnetization free layer, the upper Cu layer is the HCL and underlayer seed layer, the NiFe layer and the CoFe layer are ferromagnetically coupled together to form a magnetization free layer, and the Cu layer is Spacer layer, CoFe layer, NOL, CoFe layer, magnetization pinned layer in which CoFe layers are ferromagnetically coupled, PtMn layer is an antiferromagnetic layer, NiFeCr layer is a magnetic coupling cut layer (decoupling layer), CoFe layer is BCL, The Ta layer is a cap layer. Changes in the material and film thickness of each layer are the same as in the bottom type.
[0100]
Next, the film thickness of the HCL 23 will be described.
[0101]
Current magnetic field HcuIs provided with an HCL 23 formed in contact with the magnetization free layer 21 to provide a current magnetic field HcuReduce.
[0102]
At this time, in the NOL-SPSV, the decrease in MR change rate due to the adoption of the ultra-thin magnetization free layer increases the effective film thickness of the magnetization free layer 21 due to the specular electron reflection effect by the NOLs 15 and 25. The film thickness determines the current magnetic field reduction effect with the highest priority. Then, the determination is made to supplement the effect of decreasing the magnetoresistance change rate caused by shunt shunting by the HCL 23.
[0103]
Specifically, the thickness of the HCL 23 is set to a minimum required thickness, so that the shunt of the cap layer 27 in the bottom type can be ignored, for example, if the Ta cap layer 27 having an average thickness of 3 nm is used. Using Cu as the HCL 23, the thickness can be about 0.3 nm or more and about 2 nm or less, and preferably about 0.5 nm or more and about 25 nm or less. The upper limit of the film thickness is because when the film thickness of the HCL 23 is increased, the resistance change rate is reduced due to shunt shunting, and the lower limit of the film thickness is to obtain the effect of the spin filter.
[0104]
On the other hand, the leakage magnetic field H from other ferromagnetic layers applied to the magnetization free layer 21pIs compensated by the BCL 7 without using the Sy-AF structure for the magnetization pinned layers 13 and 17, but it should be noted that the magnetization of the BCL 7 is not completely fixed in the opposite direction to the magnetization pinned layer.
[0105]
That is, as described above, the magnetization direction of BCL 7 is the current magnetic field H.cu BCLAnd leakage magnetic field H from the magnetization pinned layer 13pin BCLIn general, the magnetization direction of the BCL 7 by these two magnetic fields is often not fully oriented in the height direction than the magnetization direction by Sy-AF.
[0106]
Therefore, H in the above equation (2)BCLIs smaller than the case where the magnetic pinned layers 13 and 17 are completely fixed in the opposite direction. That is, if it is going to have an effect equivalent to the bias compensation in the Sy-AF structure, the BCL 7 requires a magnetic film thickness rather than one magnetic layer of the Sy-AF structure.
[0107]
The difference between the Sy-AF structure and BCL7 is the sense current magnetic field Hcu BCLThe smaller the size, the more conspicuous. Conversely, if the sense current is sufficiently large, the difference is small. Further, since the BCL 7 is fixed in the magnetization direction opposite to that of the magnetization pinned layers 13 and 17 due to the leakage magnetic field from the magnetization pinned layers 13 and 17, the larger the magnetic film thickness of the pinned layer, the larger the Sy-AF. The difference with the structure becomes smaller, and vice versa.
[0108]
As a perfect ideal state, when the magnetic film thickness of the magnetization pinned layers 13 and 17 is sufficiently large and the sense current is sufficiently large, if the incomplete difference in magnetization fixation in the height direction of the BCL 7 is considered, The expressions (1) and (2) can be easily satisfied.
[0109]
When analysis was performed using LLG (Landau Lifshits Girbard) micromagnetic simulation, the imperfection of the pin magnetization direction of BCL7 was about 70% to about 95% when compared with Sy-AF. That is, the BCL 7 needs a magnetic film thickness 1.1 to 1.4 times that of one magnetic layer in the Sy-AF structure.
[0110]
The magnetic film thickness of the antiferromagnetic layer-side magnetization pinned layer 13 is about 1.0 nm or more and about 3 nm or less in terms of CoFe (about 1.8 nm or more and about 5.4 nm or less in terms of NiFe). △ t allowed due to leakage magnetic fieldpin (△ tpin= (Ms × t)pin− (Ms × t)BCL), Since 0.5 nmT to 2 nmT, the effective pinned layer magnetic film thickness in the height direction by BCL7 is 0.9 nmT to 4.9 nmT.
[0111]
In addition, the film thickness actually required for BCL7 is about 1.1 to 1.4 times the thickness of one magnetic layer of the Sy-AF structure as described above, so the NiFe equivalent film thickness is about 1 nm or more, about 6.9 nm or less, about 0.6 nm or more and about 3.8 nm or less in terms of CoFe.
[0112]
Here, it is assumed that the magnetic film thickness of the antiferromagnetic layer-side magnetization pinned layer 13 can be reduced. However, since it is actually increased when NOL 15 is included, a desirable range is about 1.8 nm or more in terms of NiFe, It is preferably about 4.5 nm or less, about 1 nm or more and about 2.5 nm or less in terms of CoFe.
[0113]
FIG. 3 shows the results of the LLG micromagnetic simulation performed to obtain the optimum value of the BCL film thickness with the film configuration of Example 1.
[0114]
△ tpin of zero asymmetry [nmT] is Δt when good target (asymmetry) is obtainedpinIs the value of In addition, pinned layer pinning corresponds to an ideal state in which the magnetization of the magnetization pinned layer is completely oriented in one direction in the height direction, and Hua 800 [Oe] and 400 [Oe] are one of the magnetization pinned layers. It shows directional anisotropy, and as the value becomes smaller, it corresponds to a state where it is more likely to be tilted by the leakage magnetic field from the hard film 29 than the ideal state.
[0115]
The track width of the magnetoresistive film 28 determined by the distance between the hard film and the lead electrode is 0.5 mm and the height is 0.3 mm.
[0116]
In FIG. 3, the horizontal axis represents the relative strength of the hard film thickness, and the magnetic film thickness (Ms × t) of the hard film.hardAnd free layer magnetic film thickness (Ms × t)freeIt is calculated by the ratio of Since an actual head has a bias value different from that of an ideal system, the absolute value on the horizontal axis has little meaning, and is a relative value in a range where Barkhausen noise does not occur in the calculation. The sense current is changed as a parameter.
[0117]
In FIG. 2, the vertical axis is the BCL 7 film thickness when the bias point is the optimum value and the non-target property of the signal waveform becomes zero, and the NiFe equivalent magnetic film thickness (nmT) on the left side. On the right side, the CoFe equivalent film thickness of saturation magnetization 1.8T is shown.
[0118]
As a result, although it depends on the uniaxial anisotropy Hua of the magnetization pinned layers 13 and 17, the preferable range of the film thickness when the BCL 7 is CoT having a saturation magnetization of 1.8T is about 1 nm or more and about 2.5 nm or less. I understand.
[0119]
These ranges are as follows: the thicker the nonmagnetic highly conductive layer HCL23, the thicker the BCL film, the thicker the Hua, the thinner the BCL film, and the smaller the sense current, the BCL film thickness. The optimum condition will shift to the thinner side.
[0120]
【The invention's effect】
Magnetoresistive element having a layer containing oxide, nitride, carbide, or fluoride and having a good bias point, magnetoresistive effect head, magnetic reproducing device having the same, magnetic storage device, and magnetism A resistance detection method for a resistance effect film can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetoresistive effect element according to a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view for explaining bias point adjustment of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a calculation result in the first embodiment.
[Explanation of symbols]
7 ... BCL
9 ... Decoupling layer
11 ... Antiferromagnetic layer
13 ... Magnetized pinned layer
15 ... NOL
17 ... Magnetized pinned layer
19: Nonmagnetic spacer layer
21 ... Magnetization free layer
23 ... HCL
25 ... NOL
29 ... Bird bias film
31 ... Lead electrode

Claims (11)

印加磁場がゼロの状態で第一の方向の磁化を備え、所定の印加磁場のもとで前記磁化が回転可能な第一の強磁性層と、
前記第一の強磁性層に積層形成された第一の非磁性層と、
前記第一の非磁性層に積層形成され、前記印加磁場がゼロの状態及び前記所定の印加磁場のもとで第二の方向の磁化を保持する第二の強磁性層と、
前記第二の強磁性層及び前記第二の非磁性層との間に形成され前記第二の強磁性層に接する反強磁性層と、
前記反強磁性層に積層形成された第二の非磁性層と、
前記第二の非磁性層に積層形成され、その磁化固着方向が前記第二の方向とは逆向きとなり、かつ軟磁性材料からなる第三の強磁性層と、
前記第二の強磁性層の層中、もしくは前記第二の強磁性層と前記第二の非磁性層の間に形成された、酸化物、窒化物、炭化物、もしくは弗化物を含有する層とを備える磁気抵抗効果膜、及び、
前記第三の強磁性層における電流磁界の方向が前記第二の方向と逆となるように前記磁気抵抗効果膜に電流を流す一対の電極を備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
A first ferromagnetic layer comprising a magnetization in a first direction with an applied magnetic field of zero, the magnetization being rotatable under a predetermined applied magnetic field;
A first nonmagnetic layer laminated on the first ferromagnetic layer;
A second ferromagnetic layer formed on the first nonmagnetic layer, wherein the applied magnetic field is zero and retains magnetization in a second direction under the predetermined applied magnetic field;
An antiferromagnetic layer formed between the second ferromagnetic layer and the second nonmagnetic layer and in contact with the second ferromagnetic layer;
A second nonmagnetic layer laminated on the antiferromagnetic layer;
A third ferromagnetic layer formed on the second nonmagnetic layer, the magnetization pinning direction of which is opposite to the second direction and made of a soft magnetic material;
A layer containing an oxide, nitride, carbide, or fluoride formed in the second ferromagnetic layer or between the second ferromagnetic layer and the second nonmagnetic layer; A magnetoresistive effect film, and
A magnetoresistive effect element comprising a pair of electrodes for causing a current to flow through the magnetoresistive effect film so that a direction of a current magnetic field in the third ferromagnetic layer is opposite to the second direction.
前記第三の強磁性層から前記第一の強磁性層に印加される漏洩磁界の向きが、前記第一の強磁性層に印加される、前記第二の強磁性層からの漏洩磁界、電流磁界、及び前記第一の強磁性層と前記第二の強磁性層との層間結合による層間結合磁界の和により得られる磁界の向きを打ち消す方向であることを特徴とする請求
項1記載の磁気抵抗効果素子。
The direction of the leakage magnetic field applied from the third ferromagnetic layer to the first ferromagnetic layer is applied to the first ferromagnetic layer, the leakage magnetic field from the second ferromagnetic layer, the current 2. The magnetism according to claim 1, wherein the magnetic field is in a direction that cancels the direction of the magnetic field obtained by the sum of the interlayer coupling magnetic fields due to the interlayer coupling between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. Resistive effect element.
前記第一の強磁性層の、前記第一の非磁性層と接する面と反対側の面に積層形成された、Cu、Au、Agのいずれかの元素を含有する第三の非磁性層を有することを特徴とする請求項1または2記載の磁気抵抗効果素子。  A third nonmagnetic layer containing any one element of Cu, Au, and Ag formed on the surface of the first ferromagnetic layer opposite to the surface in contact with the first nonmagnetic layer; The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the magnetoresistive effect element is provided. 前記第一の強磁性層の平均膜厚が3nm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。  4. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein an average film thickness of the first ferromagnetic layer is 3 nm or less. 5. 前記第三の強磁性層の磁気膜厚が、飽和磁化1Tの材料換算で1.8nmT以上4.5nmT以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。  5. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein a magnetic film thickness of the third ferromagnetic layer is 1.8 nmT or more and 4.5 nmT or less in terms of a material of saturation magnetization 1T. . 前記第三の強磁性層がCoFe合金を50atomic%以上含有し、平均膜厚が1nm以上2.5nm以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。  6. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the third ferromagnetic layer contains a CoFe alloy of 50 atomic% or more and an average film thickness of 1 nm to 2.5 nm. . 前記酸化物、窒化物、炭化物、もしくは弗化物を含有する層の平均膜厚が1nm以上2nm以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。  The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 6, wherein an average film thickness of the oxide, nitride, carbide, or fluoride-containing layer is 1 nm or more and 2 nm or less. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を備えることを特徴とする磁気再生ヘッド。  A magnetic reproducing head comprising the magnetoresistive effect element according to claim 1. 請求項8に記載の磁気再生ヘッドを搭載することを特徴とする磁気再生装置。  A magnetic reproducing apparatus comprising the magnetic reproducing head according to claim 8. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を複数個備えることを特徴とする磁気記憶装置。  A magnetic storage device comprising a plurality of magnetoresistive elements according to claim 1. 印加磁場がゼロの状態で第一の方向の磁化を備え、所定の印加磁場のもとで前記磁化が回転可能な第一の強磁性層と、前記第一の強磁性層に積層形成された第一の非磁性層と、前記第一の非磁性層に積層形成され、前記印加磁場がゼロの状態及び前記所定の印加磁場のもとで第二の方向の磁化を保持する第二の強磁性層と、前記第二の強磁性層及び前記第二の非磁性層との間に形成され前記第二の強磁性層に接する反強磁性層と、前記反強磁性層に積層形成された第二の非磁性層と、前記第二の非磁性層に積層形成され、その磁化固着方向が前記第二の方向とは逆向きとなり、かつ軟磁性材料からなる第三の強磁性層と、前記第二の強磁性層の層中、もしくは前記第二の強磁性層と前記第二の非磁性層の間に形成された、酸化物、窒化物、炭化物、もしくは弗化物を含有する層とを備える磁気抵抗効果膜に、前記第三の強磁性層における電流磁界が前記第二の方向と逆になる方向に電流を流して前記磁気抵抗効果膜の抵抗値を検知することを特徴とする磁気抵抗効果膜の抵抗検知方法。A first ferromagnetic layer having magnetization in a first direction with an applied magnetic field being zero and capable of rotating the magnetization under a predetermined applied magnetic field, and being laminated on the first ferromagnetic layer A first nonmagnetic layer and a second strong magnetic layer that is stacked on the first nonmagnetic layer and maintains magnetization in a second direction under a state in which the applied magnetic field is zero and the predetermined applied magnetic field. An antiferromagnetic layer formed between the magnetic layer, the second ferromagnetic layer and the second nonmagnetic layer and in contact with the second ferromagnetic layer, and a laminate formed on the antiferromagnetic layer A second nonmagnetic layer, and a third ferromagnetic layer formed on the second nonmagnetic layer, the magnetization pinning direction of which is opposite to the second direction and made of a soft magnetic material; Oxide, nitride, carbon formed in the second ferromagnetic layer or between the second ferromagnetic layer and the second nonmagnetic layer A magnetoresistive film comprising an oxide or a fluoride-containing layer, by passing a current in a direction in which a current magnetic field in the third ferromagnetic layer is opposite to the second direction, A method for detecting a resistance of a magnetoresistive film, comprising detecting a resistance value.
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